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科学家:开发出一种有效的膜基发生器,以获得更好的渗透力前沿科技

高智导读:来自吉林大学、北京航空航天大学和中国科学院的一组研究人员开发了一种更高效的膜基发生器,用于收集渗透能量。在发表在《科学进展》杂志上的论文中,该小组描述了他们的发电机,以及它在测试时的工作情况。

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Janus三维多孔膜渗透发电机示意图

(A) Janus纳米孔膜的制备工艺。(B和D)化学结构(上)、离子的微观结构(中)、孔隙大小和高斯拟合剖面(下)的统计。离子是py和PAEK-HS。(C)不对称结构三维孔隙的示意图(左)和扫描电镜观察(右)。PES-Py层的厚度约为1μm。(E)基于Janus 3D多孔膜的浓度梯度下渗透能获取过程的示意图。

来自吉林大学、北京航空航天大学和中国科学院的一组研究人员开发了一种更高效的膜基发生器,用于收集渗透能量。在发表在《科学进展》杂志上的论文中,该小组描述了他们的发电机,以及它在测试时的工作情况。
一段时间以来,科学家们已经知道,通过位于两个不同盐度的水体之间的一层膜的渗透可以发电。先前的研究表明,创建这样的生成器是可能的,但是问题阻碍了它在实际应用中的应用。在这项新的研究中,研究人员报告说他们已经克服了以前的问题,并创造了一台能够为计算器提供动力的发电机。
咸水和淡水之间的渗透性差异使得发电成为可能——这个过程需要一层薄膜,允许水单向通过。之前的努力由于需要非常小的孔洞而失败了——如此小的孔洞需要很大的压力才能使水通过膜。在这项新研究中,研究人员通过使用Janus材料制造出一种具有可调表面电荷的三维薄膜,克服了这个问题。
该装置由两种塑料制成双层膜,一层带负电荷,另一层带正电荷。这两层是通过湿化学处理和干燥结合在一起的。最后的膜大约有11微米厚,孔洞直径在8到17纳米之间。在它们的结构中,一个极性的带电离子通过薄膜,而另一个极性的离子则不能通过。结果是净电流只向一个方向流动,阻止它回流到膜中。
对这种薄膜的测试表明,它每平方米能产生2.66瓦特。测量的效率为35%。在他们的演示模型中,这种薄膜能够驱动计算器。研究人员指出,这种薄膜可以做得更大,以扩大规模,以产生更大的电量。增加盐度也会使发电机更有效率。

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